DE3844290C1 - - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/134—Plasma spraying
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Form
teilen aus Faserverbundwerkstoffen mit hochschmelzenden Werk
stoffen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Aus der AT-PS 3 48 300 ist ein Verfahren zum Kühlen von Oberflä
chen mittels Kohlensäure bekannt, bei dem die Oberflächen nach
einem thermischen Spritzverfahren beschichtet sind. Dabei kann
der gesamte Umfang des Plasmastrahls von Kohlensäurestrahlen
oder von einem ringförmigen Kohlensäurestrahl umgeben sein.
Damit können Stoffe mit relativ niedriger Schmelztemperatur,
z. B. Aluminium, beschichtet werden. Dabei besteht jedoch die
Gefahr, daß zwischen der Kohlensäure und den schmelzflüssigen
Partikeln im Plasmastrahl unerwünschte Reaktionen stattfinden.
Bei zu beschichtenden Faserverbundwerkstoffen, die in dieser
Druckschrift nicht angesprochen sind, treten außerdem noch
Probleme hinsichtlich der Haftfestigkeit der aufgebrachten
Schicht auf.
Aus der PCT WO 85/04 121 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum
Beschichten von Teilen aus Faserverbundwerkstoff mittels Plas
maspritzen bekannt, bei dem die Teile in einer Inert
gasatmosphäre beschichtet und unmittelbar danach mit
verflüssigtem Stickstoff oder Argon gekühlt werden. Hierzu ist
eine besondere Behandlungskammer erforderlich, die die
Anwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens einschränkt. Zuvor
werden die zu beschichtenden Oberflächen der Teile entfettet
und mit Korund aufgerauht. Normaler Korund hat jedoch gewisse
Verunreinigungen, die sich an der Oberfläche festsetzen können
und die Haftfestigkeit der aufzubringenden Schicht
beeinträchtigen. Auch ist die Regelung der Inertgasatmosphäre
relativ aufwendig. Vor allem ist die mit Stickstoff oder Argon
erzielbare Kühlleistung bei diesem Verfahren begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungs
verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, mit dem ohne Be
einträchtigung der Formbeständigkeit und der Festigkeit als
Folge unzureichender Kühlung Formteile aus beliebigen Faser
verbundwerkstoffen mit einer Vielzahl unterschiedlicher hoch
schmelzender Werkstoffe wie Metalle, keramische Werkstoffe so
wie deren Kombinationen bei hoher Haftfestigkeit beschichtet
werden können.
Für die Lösung dieser Aufgabe werden die im Kennzeichen des
Patentanspruchs genannten Maßnahmen vorgeschlagen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Formteile aus Fa
serverbundwerkstoffen außer mit Metallen wie Al, Cu, Ni, Co,
NiCrBSi-Legierungen, auch mit keramischen oder metall-kerami
schen Werkstoffen wie Al2O3/TiO2, ZrO2/Y2O3 sowie karbidi
schen Werkstoffen wie WC/Co, die im Vergleich zu Faserverbund
werkstoffen mit einer Kunststoffmatrix sehr hohe Schmelztempe
raturen von bis zu über 3000°C haben, beschichtet werden.
Das Verfahren läßt sich für Verbundwerkstoffe mit allen gängi
gen Fasermaterialien wie Kohlenstoff, Glas, Aramid, Bor und
Matrixsystemen wie Epoxid-, Polyester- und Polyimidharze
einsetzen. Trotz der beim Plasmaspritzen auftretenden hohen
Temperaturen im Plasmastrahl werden die Geometrie und die
physikalischen Eigenschaften der beschichteten Formteile nicht
beeinträchtigt, da die Formteile bereits vor dem Plasmasprit
zen unterkühlt werden und auch während des Plasmaspritzens
eine intensive Kühlung aufrechterhalten bleibt. Sowohl bei
Hohlkörpern als auch bei plattenförmigen Formteilen wird eine
hohe Haftfestigkeit der Schichten erzielt, da Edelkorund keine
Verunreinigungen aufweist und durch das Abblasen vollständig
entfernt wird. Die Schichtdicken können von etwa 50 µm bis zu
einigen 100 µm betragen, ohne daß sich Spannungen in der Über
gangszone zwischen Faserverbund- und Beschichtungswerkstoff
aufbauen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden erläu
tert:
Ein Spalttopf aus kohlefaserverstärktem Kunststoff mit einem
Innendurchmesser von 100 mm und einer Wandstärke von 1 mm soll
mit einer 0,2 mm dicken Schicht aus ZrO2/Y2O3 (93 Gew.-%/7
Gew.-%) auf seiner Innenfläche beschichtet werden. Hierzu wird
die Innenfläche zunächst mittels Druckluftstrahlung mit Edel
korund behandelt und anschließend mit CO2 bei 60 bar abgebla
sen, um lose Partikel zu entfernen. Dabei kühlt sich das Form
teil unter die Raumtemperatur ab.
Während des Plasmaspritzens wird auf dieselbe Weise weiterge
kühlt, indem die Innen- und Außenfläche des Spalttopfes mit
tels CO2-Gasstrahlen, die bei einem Druck von 60 bar aus einer
Vielzahl von Düsen austreten, beaufschlagt wird. Der Plas
mastrahl wird von einem Kühlgasstrom aus Argon und einem wei
teren Kühlgasstrom aus CO2 eingehüllt. Dadurch bleibt die be
schichtete Innenfläche unterhalb der Glasumwandlungstemperatur
des Kunststoffs von ca. 150°C, so daß keine thermischen Zer
setzungserscheinungen und damit verbundene Volumenänderungen
der Matrix des Faserverbundwerkstoffes auftreten. Während des
Plasmaspritzens werden der Plasmastrahl und das Formteil ge
geneinander bewegt.
In entsprechender Weise können die Außenflächen von derartigen
Hohlkörpern oder auch plattenförmige Formteile beschichtet
werden. Das Plasmaspritzen wird in atmosphärischer Umgebung
durchgeführt.
Claims (2)
- Verfahren zum Beschichten von Formteilen aus Faserverbundwerk stoffen mit hochschmelzenden Werkstoffen wie Metall, Keramik oder Kombinationen dieser Werkstoffe mittels Plasmaspritzen, bei dem
- a) vor dem Plasmaspritzen das Formteil mit Korund aufgerauht und gereinigt wird,
- b) während des Plasmaspritzens die zu beschichtende Oberfläche des Formteils auf eine Temperatur unterhalb des Glasumwand lungspunktes gekühlt wird unter Verwendung von Argon oder Stickstoff,
- dadurch gekennzeichnet, daß
- c) vor dem Plasmaspritzen das Formteil mit Edelkorund behan delt und anschließend mit CO2 bei 60 bar abgeblasen und da bei unter Raumtemperatur gekühlt wird,
- d) daß das Plasmaspritzen in atmosphärischer Umgebung durch geführt wird und
- e) während des Plasmaspritzens auch die der zubeschichtenden Oberfläche abgewandte Seite des Formteils mit CO2 gekühlt wird, wobei
- f) der Plasmastrahl von einem Kühlgasstrom aus Argon oder Stickstoff und einem weiteren Kühlgasstrom aus CO2 einge hüllt wird.
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Publications (1)
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